Affidabilità e condizioni di utilizzo di Light Emitting Diodes, LED, su GaN per illuminazione a stato solido

Questo progetto ha come obiettivo lo studio dei modi e meccanismi di guasto dei diodi emettitori di luce (LED) basati su GaN, per ottenere dei modelli fisici della degradazione, per identificare leggi di accelerazione, e per correlare l' affidabilita' dei dispositivi con le condizioni operative dei LED. Verranno realizzati circuiti per il pilotaggio dei LED ad alta intensità per illuminazione a stato solido, utilizzabili per ottimizzare qualita' e intensita' della luce senza compromettere l'affidabilita' dei LED stessi. L'attività sperimentale si baserà sull'effettuazione di prove di vita accelerata sia su dispositivi commerciali sia su strutture di test appositamente progettate. Quest'ultime includeranno strutture Transfer Length Measurement (TLM), diodi Schottky, single quantum well (SQW), multi quantum well (MQW), e LED "charge asymmetric resonant tunneling" (CART). I dispositivi non trattati e sottoposti a prove verranno caratterizzati tramite profili Capacita' - Tensione, CV, Thermal Admittance Spectroscopy, TAS, e relativi modelli (Univ. of Padova); Deep Level Transient Spectroscopy, DLTS, photocurrent spectroscopy, PC, surface photovoltage spectroscopy, SPS, Electron Beam Induced Current, EBIC (Univ. of Bologna); fotoluminescenza ad alta risoluzione spaziale e temporale, PL, microfotoluminescenza (Univ. of Firenze); spettri di elettroluminescenza, EL,catodoluminescenza, CL, colorimetria (Univ. of Parma). L'Univ. di Cagliari userà un vasto spettro di tecniche di microscopia (Atomic Force Microscopy, AFM, Scanning Near Field Optical Microscopy, SNOM, Environmental Scanning Electron Microscopy, ESEM, conventional and high-resolution, HR-, Transmission Electron Microscopy, TEM) per caratterizzare la struttura microscopica dei LED e delle eterostrutture e i relativi meccanismi di guasto. I risultati previsti sono: (a) per la comunita' scientifica: studio del cambiamento della resistivita' dello strato di p-GaN imputabile agli effetti dell'idrogeno ed all'invecchiamento; studio dell'affidabilita' dei contatti ohmici; analisi degli effetti della passivazione; identificazione dei livelli profondi responsabili della ricombinazione non-radiativa nei LED; studio dei meccanismi radiativi dei LED GaN. Caratterizzazione TEM dei difetti. Nuove tecniche nella preparazione dei campioni e nell'analisi di guasto per LED-GaN. Modelli per l'analisi del current crowding e delle caratteristiche C-V dei LED. (b) Di immediato interesse per i laboratori industriali, partner esterni del progetto: analisi dei meccanismi e dei modi di guasto dei dispositivi messi a disposizione del consorzio di ricerca; leggi di degradazione; identificazione di punti deboli e possibili modifiche ai processi produttivi riguardanti i materiali, le strutture epitassiali, la passivazione,i contatti ohmici; identificazione e miglioramenti delle strutture dei LED; (c) Di immediato interesse per gli utilizzatori dei dispositivi LED disponibili nel mercato: dati sulla resistenza termica e caratterizzazioni elettro-ottiche dettagliate di dispositivi GaN-LED commerciali di differenti fornitori; analisi delle modalita' e dei meccanismi di guasto di dispositivi GaN-LED commerciali; leggi di degrado; ottimizzazione dei circuiti di pilotaggio e di alimentazione. Un consorzio di cinque Universita' e' stato formato, con competenze, ruoli e strumentazioni complementari. I proponenti hanno gia' ottenuto importanti risultati relativi allo studio dell'affidabilita' dei LED su GaN grazie a un precedente progetto. Una cooperazione e' stata stabilita con OSRAM Opto Semiconductors che si è impegnata alla fabbricazione di strutture e dispositivi di test per il progetto. Centro Ricerche Fiat (CRF) e Centro Ricerche Plastoptica metteranno a disposizione le loro competenze nel testing e nel packaging di LED per applicazioni automotive. OSRAM Treviso e' interessata alla valutazione e sviluppo di circuiti di pilotaggio ottimizzati per LED di potenza.